反应等离子喷涂TiC-SiC复合涂层及其热稳定性

具有强共价键结合的碳化物和硅化物是高温防护涂层重要的候选材料,但单相材料通常难以达到良好的综合性能。为提高单相TiC陶瓷的高温性能,本文以Ti、石墨粉及SiC为原料,采用反应等离子喷涂制备了TiC-SiC复合涂层,利用XRD和SEM对涂层物相组成、结构及形貌进行了研究,并对比分析了涂层的显微硬度及其Weibull分布特点。研究表明:Ti粉与石墨粉间发生反应合成TiC,沉积涂层以TiC、SiC为主相;Ti-C-5wt.%SiC制备涂层的平均显微硬度(1070.8HV0.2)略低于Ti-C-20wt.%SiC制备的涂层(1127HV0.2),但其硬度分散性系数β和相关系数R均高于Ti-C-20wt.%SiC复合粉制备的涂层,这源于Ti-C-5wt.%SiC制备涂层相对均匀的显微结构。另外,900~1100℃热冲击性能及1000℃氧化性能的测试结果表明,Ti-C-5wt.%SiC制备的涂层具有更为优异的抗热冲击性和抗氧化性,这是由于该涂层具有较高的致密性,极大延缓了氧气进入涂层的时间。

反应等离子喷涂技术研究现状

反应等离子喷涂技术(RPS)是一种高效且应用广泛的表面处理技术,具有生产效率高、能量利用率高、涂层结合强度大及可喷涂材料广等优点。近年来研究人员主要集中于利用反应等离子喷涂技术制备常规方法难以获得的高熔点、高性能的金属间化合物、陶瓷以及复合涂层,并进行相关的性能测试和质量调控。然而,对喷涂粉末在飞行过程中和到达基体之后的反应放热行为以及反应动力学控制研究尚不深入,并且缺乏对涂层的构筑机理及生长模型的研究。本文从反应等离子喷涂机理、反应过程热力学与动力学分析、反应等离子喷涂粉末制备方法、反应等离子喷涂涂层及其性能和反应等离子喷涂涂层质量调控五个方面,介绍了反应等离子喷涂技术当前的发展概况。其中,在反应等离子喷涂机理方面,阐述了喷涂过程的固/固和固/气反应机理;在反应热力学与动力学分析方面,介绍了反应发生和维持所需要的条件及经典的热力学和动力学计算公式;在反应等离子喷涂粉末制备方法方面,对比了机械混合法、喷雾造粒法、前驱体热解法、包覆法及其他方法的优缺点;在反应等离子喷涂涂层及其性能方面,分别介绍了几种金属间化合物涂层、陶瓷涂层和复合涂层的相关性能;在反应等离子喷涂涂层质量调控方面,综述了工艺参数优化、添加增强颗粒和后处理技术对涂层性能的影响。最后对反应等离子喷涂技术的发展趋势进行了展望。

反应等离子喷涂TiC/Fe-Ni金属陶瓷复合涂层的显微组织

采用前驱体碳化复合技术制备Ti-Fe-Ni-C系粉末,并通过反应等离子喷涂技术(RPS)原位合成并沉积了TiC/Fe-Ni基金属陶瓷复合涂层。利用XRD、SEM和EDS研究复合粉末和涂层的成分、组织结构,考察复合粉末的TiC含量及复合粉末粒度对涂层组织结构的影响。结果表明:采用前驱体碳化复合技术制备的反应喷涂复合粉末粒度均匀、无有害相生成;TiC/Fe-Ni复合涂层由不同含量TiC颗粒分布于晶粒内部而形成的晶内型复合强化片层叠加而成,基体主要为(Fe、Ni)固溶体,TiC颗粒呈纳米级;涂层TiC含量较高时,纳米级TiC颗粒弥散分布更均匀;喷涂粉末粒度较大时,片层厚度较大,孔隙率较高。

反应等离子喷涂TiN涂层热处理后力学性能研究

用反应等离子喷涂方法制备了厚度约为500μm的TiN陶瓷涂层,而后对其进行在不同温度,时间,保护气氛下的退火处理,并对涂层的硬度,断裂韧性及残余应力进行了测量。借助SEM对涂层形貌进行了表征,采用XRD测量涂层的残余应力。结果表明:在大气中600℃退火后,涂层硬度最高。而在Ar800℃处理后,涂层韧性有了明显的改善。涂层残余应力为压应力,并且涂层内的残余应力随着热处理温度的升高而增大。

反应等离子喷涂TiN涂层的研究进展

TiN具有硬度高、韧性好、摩擦系数小、化学性能稳定等优点,广泛应用于刀具、装饰、表面防护等领域。目前制备TiN涂层的方法有很多,如气相沉积、热喷涂、电镀等,反应等离子喷涂则是最常用的金属-陶瓷复合涂层制备方法。概述了反应等离子喷涂技术的基本原理和分类,包括反应等离子喷涂涂层的形成过程及工艺的优缺点。综述了反应等离子喷涂TiN涂层的喷涂工艺及性能的研究进展,包括涂层的制备方法（原位合成法、烧结破碎法）和性能特点,重点分析了涂层的力学性能、耐磨损性能、耐腐蚀性能,并提出了可以依靠热处理工艺或封孔技术来提高涂层的耐腐蚀性能。依据实验和查阅的文献,反应等离子喷涂结合了自蔓延高温合成技术和等离子喷涂技术,可以制备质量优良的厚TiN涂层（〉500μm）,是一种新型的低成本涂层制备技术,但是反应等离子喷涂制备TiN涂层存在孔隙率较高（5%-10%）、结合强度较低（〈50 MPa）的问题。分别从技术、设备、工艺、后处理四个方面总结了改善涂层质量的相应措施,展望了今后的研究发展方向。

利用反应等离子喷涂制备TiCN涂层的研究

TiCN作为一种新型高硬耐磨材料,在生产的诸多领域得到了广泛的应用。主要介绍了首次采用反应等离子喷涂的方法,以Ti粉作为反应粉体,在氮气和乙炔混合气体为反应气氛的反应室中充分反应,制备出以TiCN为主相的涂层;分析了反应气体流量对涂层的影响;并用SEM和XRD对涂层的组织形貌与相组成进行了分析。

TiC/Fe-Ni金属陶瓷复合涂层反应等离子喷涂研究

以钛铁粉、镍粉、铁粉和碳的前驱体(蔗糖)为原料采用前驱体碳化复合技术制备了Ti-Fe-Ni-C系反应热喷涂粉末,并通过等离子喷涂(RPS)技术原位合成并沉积了TiC/Fe-Ni金属陶瓷复合涂层。采用XRD、SEM和EDS对喷涂粉末和涂层的成分、组织结构进行了分析。研究表明:该反应喷涂粉末粒度均匀、无有害相生成:所得涂层由不同TiC颗粒含量的TiC/Fe-Ni复合片层组成:TiC颗粒大致呈球形,粒度呈纳米级;所获涂层在相同条件下耐磨性是Ni60涂层的7倍。

Ti-Al球磨粉反应等离子喷涂工艺

为制备Ti-Al金属间化合物复合涂层,采用Ti、Al球磨粉在Q235钢表面进行反应等离子喷涂研究,获得了由Al3Ti、TiN、Al2O3、TiAl以及残留Al和Ti组成的复合涂层。虽然球磨可以使Ti-Al混合粉细化与活化,使喷涂时的反应更容易、更充分,但喷涂时Al和Ti仍难以充分反应,且在空气环境中喷涂容易氧化和氮化。涂层与基体之间没有形成冶金结合,而是镶嵌式的机械结合。其结合强度最高值达到了44.75MPa,显微硬度最高值达到了379HV0.5。文中还分析了反应等离子喷涂各工艺参数对涂层组织与性能的影响,并采用正交试验对其在一定范围内进行了优化。得到优化的工艺参数为:喷涂距离为120mm、主气流量为35L/min、喷涂电流为600A、球磨时间为6h。

反应等离子喷涂Fe-Al_2O_3-FeAl_2O_4复合涂层的反应机理研究

金属/陶瓷复合涂层具有金属的韧性和陶瓷的高强度、高硬度等优点,利用反应等离子喷涂技术将Fe2O3/Al复合粉制备成金属/陶瓷复合涂层,以X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等分析技术研究了该复合涂层的反应机理和涂层性能。结果表明:涂层具有以层状的FeAl2O4、Al2O3为骨架,球形的Fe及部分FeAl为弥散相的复合组织;复合粉体反应形成涂层的过程是分步进行的,而且在熔滴到达基体后部分反应仍继续进行;一定程度上,由于反应过程受到Al元素的扩散限制,同时等离子喷涂的冷却速度较高,使得涂层中主要含有FeAl2O4及少量的FeO。

反应等离子喷涂TiC/Fe涂层的摩擦磨损性能研究

采用等离子喷涂前驱体热分解技术制备的Fe-Ti-C系反应热喷涂粉末,在低碳钢基体上沉积TiC/Fe金属陶瓷复合涂层。利用SEM和X射线衍射仪对涂层的显微组织结构、磨损表面及其相组成进行分析;采用SRV型往复式摩擦磨损试验机评价喷涂涂层的摩擦磨损性能。结果表明:TiC理论含量为53%(质量分数)TiC/Fe金属陶瓷涂层的耐磨粒磨损性能较好,相比基体提高了约25倍;反应等离子喷涂TiC/Fe陶瓷涂层的磨损机制主要为粘着磨损和轻微的剥落。

反应等离子喷涂TiN复相陶瓷涂层的研究

采用反应等离子喷涂技术制备了TiN复相涂层,并分析了复相涂层的组织及其性能。结果表明:复相涂层主要由TiN相组成,并含有少量的钛的氧化物;复相涂层具有典型的层状组织结构,且层与层之间结合较好;复相涂层是由小于100 nm晶粒组成,属于纳米复合材料,因而复相涂层不仅具有高硬度,而且具有远优于Al_2O_3涂层的断裂韧性。与M2钢相比,复合涂层具有较高的耐磨性能。

反应等离子喷涂制备FeAl_2O_4-Al_2O_3-Fe复合涂层的研究

以铝粉和氧化铁粉为原料,制备出适于等离子喷涂的复合团聚粉体;并采用反应等离子喷涂技术制备出FeAl2O4-Al2O3-Fe复合涂层,用SEM和XRD分析了复合涂层的组织结构。结果表明:反应等离子喷涂得到了以层状基体相FeAl2O4与硬质相Al2O3为骨架,球状Fe相弥散分布于基体上的复合涂层。

反应等离子喷涂TiN/Ti_3O复相陶瓷涂层

采用等离子反应合成技术,制备出了TiN/Ti3O复相陶瓷涂层,并分析了复相涂层的组织及其性能。研究结果表明:复相涂层主要由TiN相组成,并含有少量的钛的氧化物;复相涂层具有典型的层状组织结构,且层与层之间结合较好;制备的复相涂层的韧性得到明显提高,其韧性优于等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层;特别是复相涂层具有优于M2钢的耐磨性。

反应等离子喷涂合成Fe-FeAl_2O_4-Al_2O_3复合涂层的研究

利用机械团聚法制备了适合等离子喷涂的Fe2O3Al复合粉体,将此粉体送入等离子焰流,通过复合粉的自反应制备含有Fe、Al2O3和FeAl2O4的复合陶瓷涂层。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和透射电镜(TEM)等检测手段对反应等离子制备的复合涂层进行了研究。结果表明:涂层具有以层状陶瓷为骨架,球形金属为弥散相的组织,反应生成涂层的过程是分步进行的,由于反应生成的部分纳米颗粒以及金属的存在,使得涂层的耐磨性和韧性比普通Al2O3涂层有了较大的提高,尤其在高载荷作用下,复合涂层的耐磨性比普通Al2O3提高近两倍。

反应等离子喷涂TiC陶瓷增强金属复合涂层组织性能

采用前驱体碳化复合技术利用钛铁粉为原料制备Ti–Fe–Ni–C和Ti–Fe–C系粉末,并通过反应等离子喷涂技术(RPS)原位合成并沉积了TiC/Fe–Ni和TiC/Fe金属陶瓷复合涂层。利用XRD、SEM和EDS研究了复合粉末和不同基体涂层的成分、组织结构,测量了2种涂层的显微硬度和磨损量。结果表明:采用前驱体碳化复合技术制备的反应喷涂复合粉末粒度均匀、无有害相生成;制备的复合涂层由不同TiC颗粒含量的片层组织叠加而成;TiC颗粒大致呈球形,基体主要为Fe及Fe、Ni固溶体。TiC/Fe–Ni涂层较TiC/Fe涂层组织更加均匀、致密,且具有较高的显微硬度和较好的耐磨性。

反应等离子喷涂TiCN-Mo涂层的组织与性能

利用反应等离子喷涂技术在钢基体上沉积了3种不同Mo含量的TiCN-Mo金属基陶瓷涂层。通过XRD、SEM及EDS对涂层显微结构进行分析,通过显微硬度计测量涂层的硬度和压痕韧性,并对显微硬度进行Weibull分布统计。结果表明:涂层由TiC_(0.7)N_(0.3),TiN,金属Mo相,少量Ti_2O及钼的氧化物组成;Mo以白色条带状均匀分布在TiCN周围,交替叠加,形成紧密的显微结构;三种涂层显微硬度均服从Weibull分布,具有一定分散性;与单一TiCN涂层相比,当Mo质量分数为10%时,制备的涂层显微硬度具有较小的分散性,结构致密,具有较高的压痕韧性和强度。

反应等离子喷涂功率对Ti-C-N涂层性能的影响

Ti-C-Ni涂层的性能受反应等离子喷涂工艺参数的影响较大。采用反应等离子喷涂以不同的功率30.0,27.5,25.0 kW在45钢表面制备了Ti-C-N涂层。对涂层进行了SEM,XRD,EDS,显微硬度分析和电化学行为分析。结果表明:不同功率制备的Ti-C-N涂层厚度约为150μm;随喷涂功率降低,涂层的硬度下降,喷涂功率为25.0 kW时获得的涂层较为致密,在3.5%NaCl溶液中的阳极极化存在很宽电位范围的钝化区,电流密度维持在较低水平,耐腐蚀性最佳。

反应等离子喷涂Al_2O_3-TiB_2-Al复相涂层的反应机理

目的：在铝合金表面制备 Al2 O3-TiB2-Al 复合涂层,研究 Al,TiO2,B2 O3在等离子喷涂中的反应机理。方法采用反应等离子喷涂技术在铝合金表面制备复合涂层,应用扫描电镜与 X 射线衍射技术测试复合涂层的物相组成和显微组织,并通过燃烧波淬熄试验分析等离子喷涂产物。结果机械球磨可以有效降低粉末发生反应的活化能,等离子喷涂最佳飞行距离范围为150~200 mm。结论喷涂粉末在飞行过程中发生反应,经历了预热、熔化、分解、团聚等过程,验证了最终引燃发生燃烧化学反应的机理。

反应等离子喷涂TiN陶瓷涂层

采用气道型反应等离子喷涂技术,制备了TiN陶瓷涂层,通过XRD、SEM等手段对陶瓷涂层进行了相分析和横断面形貌分析。结果表明,陶瓷涂层主要由TiN相组成,并含有微量复杂成分的氧化物;TiN陶瓷涂层具有典型的层状组织结构,且层与层之间结合较好;显微压痕和断口显示TiN涂层的韧性较Al2O3涂层有明显提高。

反应等离子喷涂抽油机光杆C/TiNC涂层的力学性能

针对油田抽油机光杆容易出现腐蚀、磨损失效等问题,采用以廉价的石墨或炭黑粉为碳源与微米级Ti粉混合制备成适于喷涂的复合粉,送入含氮的高温等离子焰流,Ti与C、N发生自蔓延反应合成纳米TiCN涂层。通过在涂层中添加Cr、Mo等元素,形成微米−纳米多尺度结构的复合涂层,从而降低纳米TiCN涂层的应力。结果表明:C/TiCN复合涂层,硬度达到1500 HV以上,高于镀硬Cr层;涂层结合强度大于25 MPa;涂层厚度大于300μm。解决了纳米涂层硬度、韧性的倒置问题,得到具有良好强韧配合、耐磨减摩性能优良的涂层替代光杆表面的镀铬层,达到延长抽油机光杆和盘根的使用寿命和降低抽油机能耗的目的。